宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小(大漠孤烟直长河落日圆是什么意思，长河落日圆啥意思xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该大漠孤烟直长河落日圆是什么意思，长河落日圆啥意思星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它们大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量(liàng)区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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